CN113979707A - 一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土及其制备方法，每立方米混凝土中的组分含量为：硅酸盐水泥150‑220kg、硫铝酸盐水泥20‑40kg、矿粉100‑200kg、粉煤灰50‑100kg、脱硫石膏20‑50kg、纳米改性剂10‑20kg、消泡剂0.1‑0.8kg、超塑化剂4‑8kg、氧化石墨烯0.1‑0.5kg、砂子600‑800kg、石子900‑1200kg和自来水150‑210kg。制备方法为：步骤1、按硅酸盐水泥150‑220kg、硫铝酸盐水泥20‑40kg、矿粉100‑200kg、粉煤灰50‑100kg、脱硫石膏20‑50kg、纳米改性剂10‑20kg、砂子600‑800kg、石子900‑1200kg顺序投料；步骤2、将氧化石墨烯0.1‑0.5kg用自来水150‑210kg稀释，加入超塑化剂4‑8kg；步骤3、添加步骤2所得的混合溶液和消泡剂0.1‑0.8kg。有益效果：大幅降低水胶比，同时消泡剂能够消除混凝土成型过程中引入的气泡，从而提高混凝土的强度和耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土及其制备方法，特别涉及一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土及其制备方法。
背景技术
目前，食品加工、石油天然气加工等工业排放、沿海地区海水直接利用排放的含盐污水、海水倒灌以及沿海地区含盐量较高的地下水会沿着城市排水管道连接处渗入污水排水管道中，从而进入城市污水系统，一般渗入量约占城市污水总量的10％，引起污水处理厂污水池中污水的含盐量较高。近海污水处理厂污水的盐份含量较高，成分复杂，存在的氯盐、铵盐、硫酸盐等均对混凝土产生不同程度的腐蚀，加之多种盐份的协同作用可能会使得混凝土的腐蚀更加严重，影响污水处理厂混凝土建筑物构件的安全使用，致使钢筋混凝土结构的使用寿命和耐久性远远达不到预期要求。随着城市污水量逐年增长，市政基础建设方兴未艾，提高近海污水环境下的混凝土耐久性迫在眉睫。
目前，国内外在防治盐份侵蚀混凝土措施方法中，通常使用混凝土表面涂层保护和混凝土改性方法。表面涂层保护通常使用环氧树脂、聚乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、酚醛树脂、水玻璃涂层、树脂改性砂浆和聚合物改性砂浆等涂覆在混凝土表面，起到抵御外界盐份侵蚀的作用，而这些涂层在实际工程中通常使用寿命较短，需要定期检查和反复涂刷，维护成本较高；混凝土改性通常是改变混凝土内部结构，尤其是改变胶凝材料使水化产物的组成和结构发生改变，从而使腐蚀产物和混凝土内部的孔隙结构发生改变，进而抵御外界介质的侵蚀，具有简单方便、安全、维护成本低的优点。
本专利拟提供一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土，它是通过利用表面富含羧基、羟基和环氧基等氧化官能团的二维纳米片层石墨烯改性得到的，具有良好亲水性的氧化石墨烯可以在混凝土中呈纳米级均匀分散，有效封堵水泥石纳微米孔隙，发挥盾牌效应，阻碍氯离子、硫酸根离子等侵蚀介质的渗透，并有效抑制纳米尺度裂缝的扩展，为提高混凝土的耐腐蚀性提供技术支持。
发明内容
本发明的目的是通过改变混凝土内部结构，尤其是改变胶凝材料使水化产物的组成和结构发生改变，从而使腐蚀产物和混凝土内部的孔隙结构发生改变，进而抵御外界介质的侵蚀而提供的一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土及其制备方法。
本发明提供的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土中每立方米混凝土包含的组分及含量为：硅酸盐水泥150-220kg、硫铝酸盐水泥20-40kg、矿粉100-200kg、粉煤灰50-100kg、脱硫石膏20-50kg、纳米改性剂10-20kg、消泡剂0.1-0.8kg、超塑化剂4-8kg、氧化石墨烯0.1-0.5kg、砂子600-800kg、石子900-1200kg和自来水150-210kg。
纳米改性剂为质量比为1：1.2-1.8的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm。
消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种。
超塑化剂为聚羧酸醚类或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种。
氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
砂子的细度模数为2.3-3.0，石子的粒径为5mm-31.5mm。
本发明提供的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤1、按硅酸盐水泥150-220kg、硫铝酸盐水泥20-40kg、矿粉100-200kg、粉煤灰50-100kg、脱硫石膏20-50kg、纳米改性剂10-20kg、砂子600-800kg、石子900-1200kg顺序投料，在混凝土搅拌机中干拌，充分混合均匀；
步骤2、将氧化石墨烯0.1-0.5kg用自来水150-210kg稀释，然后加入超塑化剂4-8kg，超声处理10-30min，得到混合溶液；
步骤3、向步骤1所得混合物中添加步骤2所得的混合溶液和消泡剂0.1-0.8kg，搅拌混合均匀，在标准养护条件中养护，即得所述氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土。
纳米改性剂为质量比为1：1.2-1.8的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm。
消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种。
超塑化剂为聚羧酸醚类减水剂或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种。
氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
砂子的细度模数为2.3-3.0，石子的粒径为5mm-31.5mm。
本发明的有益效果：
本发明提供的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土及其制备方法通过科学配制将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿粉、粉煤灰、脱硫石膏、纳米改性剂、氧化石墨烯及超塑化剂均匀混合后，各组分相互协同发挥作用，纳米改性剂能够有效填充孔结构，还产生火山灰效应和晶核效应，可加速水泥水化，在发生水化的同时形成水化晶体，使材料微观结构更加致密；具有良好亲水性的氧化石墨烯可以在混凝土中呈纳米级均匀分散，有效封堵水泥石纳微米孔隙，发挥盾牌效应，阻碍氯离子、硫酸根离子等侵蚀介质的渗透，并有效抑制纳米尺度裂缝的扩展；利用超塑化剂的润滑、静电排斥、空间位阻及缓释等作用，是胶凝材料遇水后能有效地提高粉料分散效率，并起到减水作用，调控材料的流动性，大幅降低水胶比，同时消泡剂能够消除混凝土成型过程中引入的气泡，从而提高混凝土的强度和耐腐蚀性能。
具体实施方式
实施例一：
本发明提供的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土中每立方米混凝土包含的组分及含量为：硅酸盐水泥200kg、硫铝酸盐水泥20kg、矿粉180kg、粉煤灰60kg、脱硫石膏20kg、纳米改性剂12kg、消泡剂0.6kg、超塑化剂5kg、氧化石墨烯0.2kg、砂子680kg、石子1080kg和自来水180kg。
纳米改性剂为质量比为1：1.5的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm。
消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种。
超塑化剂为聚羧酸醚类减水剂或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种。
氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
砂子的细度模数为2.8，石子的粒径为5mm-25mm。
本发明提供的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤1、将硅酸盐水泥200kg、硫铝酸盐水泥20kg、矿粉180kg、粉煤灰60kg、脱硫石膏20kg、纳米改性剂12kg、砂子680kg、石子1080kg顺序投料，在混凝土搅拌机中干拌，充分混合均匀；
步骤2、将氧化石墨烯0.2kg用自来水180kg稀释，然后加入超塑化剂5kg，超声处理10-30min，得到混合溶液；
步骤3：向步骤1所得混合物中添加步骤2所得的混合溶液和消泡剂0.6kg，搅拌混合均匀，在标准养护条件中养护，即得所述氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土。
纳米改性剂为质量比为1：1.5的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm。
消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种。
超塑化剂为聚羧酸醚类减水剂或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种。
氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
砂子的细度模数为2.8，石子的粒径为5mm-25mm。
实施例二：
本发明提供的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土中每立方米混凝土包含的组分及含量为：硅酸盐水泥220kg、硫铝酸盐水泥30kg、矿粉100kg、粉煤灰100kg、脱硫石膏25kg、纳米改性剂15kg、消泡剂0.5kg、超塑化剂6kg、氧化石墨烯0.4kg、砂子650kg、石子1100kg和自来水162kg。
纳米改性剂为质量比为1：1.8的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm。
消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种。
超塑化剂为聚羧酸醚类减水剂或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种。
氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
砂子的细度模数为2.8，石子的粒径为5mm-20mm。
本发明提供的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤1、将硅酸盐水泥220kg、硫铝酸盐水泥30kg、矿粉100kg、粉煤灰100kg、脱硫石膏25kg、纳米改性剂15kg、砂子650kg、石子1100kg顺序投料，在混凝土搅拌机中干拌，充分混合均匀；
步骤2、将氧化石墨烯0.4kg用自来水162kg稀释，然后加入超塑化剂6kg，超声处理10-30min，得到混合溶液；
步骤3、向步骤1所得混合物中添加步骤2所得的混合溶液和消泡剂0.5kg，搅拌混合均匀，在标准养护条件中养护，即得所述氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土。
纳米改性剂为质量比为1：1.8的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm。
消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种。
超塑化剂为聚羧酸醚类减水剂或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种。
氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
砂子的细度模数为2.8，石子的粒径为5mm-20mm。
实施例三：
本发明提供的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土中每立方米混凝土包含的组分及含量为：硅酸盐水泥150kg、硫铝酸盐水泥25kg、矿粉150kg、粉煤灰100kg、脱硫石膏30kg、纳米改性剂20kg、消泡剂0.4kg、超塑化剂7kg、氧化石墨烯0.3kg、砂子680kg、石子1060kg和自来水162kg。
纳米改性剂为质量比为1：1.6的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm。
消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种。
超塑化剂为聚羧酸醚类减水剂或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种。
氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
砂子的细度模数为2.7，石子的粒径为5mm-20mm。
本发明提供的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土的制备方法，其制备方法包括如下步骤：
步骤1、将硅酸盐水泥150kg、硫铝酸盐水泥25kg、矿粉150kg、粉煤灰100kg、脱硫石膏30kg、纳米改性剂20kg、砂子680kg、石子1060kg顺序投料，在混凝土搅拌机中干拌，充分混合均匀；
步骤2、将0.3kg氧化石墨烯用162kg自来水稀释，然后加入超塑化剂7kg，超声处理10-30min，得到混合溶液；
步骤3、向步骤1所得混合物中添加步骤2所得的混合溶液和消泡剂0.4kg，搅拌混合均匀，在标准养护条件中养护，即得所述氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土。
纳米改性剂为质量比为1：1.6的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm。
消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种。
超塑化剂为聚羧酸醚类减水剂或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种。
氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
砂子的细度模数为2.7，石子的粒径为5mm-20mm。
对比例一：
本对比例与实施例一的区别在于：高抗蚀混凝土的配方中，未加入纳米改性剂，其余与实施例一相同。
对比例二：
本对比例与实施例二的区别在于：高抗蚀混凝土的配方中，未加入氧化石墨烯，其余与实施例二相同。
对比例三：
本对比例与实施例三的区别在于：高抗蚀混凝土的配方中，水胶比为0.40，其余与实施例三相同。
性能测定：
将上述实施例和对比例制得的高抗蚀混凝土，按照GB/T 50082 2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，分别测定不同高抗蚀混凝土的抗压强度、抗硫酸盐侵蚀性能和抗氯离子渗透性能，其测定结果如下表：
由上表测定结果可知，本发明实施例一至三制得的高抗蚀混凝土抗压强度明显高，90d的抗压强度均可达到70MPa以上，氯离子扩散系数和电通量明显降低，表明抗氯离子渗透能力得以提高，且抗硫酸盐侵蚀性也明显提高。表明了本发明科学配比各个组分，各组分相互协同发挥作用，可获得高强度且致密性好的高抗蚀混凝土，大大提高混凝土的耐腐蚀性能。对比例一至三对比，其抗压强度明显降低，抗氯离子渗透能力降低，表明本发明通过调控氧化石墨烯、纳米改性剂及水胶比的配比，可有效改善混凝土的致密度，从而形成高强-低渗透-高耐蚀的氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土。
Claims (6)
1.一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土，其特征在于：每立方米混凝土包含的组分及含量为：硅酸盐水泥150-220kg、硫铝酸盐水泥20-40kg、矿粉100-200kg、粉煤灰50-100kg、脱硫石膏20-50kg、纳米改性剂10-20kg、消泡剂0.1-0.8kg、超塑化剂4-8kg、氧化石墨烯0.1-0.5kg、砂子600-800kg、石子900-1200kg和自来水150-210kg。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土，其特征在于：所述的纳米改性剂为质量比为1：1.2-1.8的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm；消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种；超塑化剂为聚羧酸醚类或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种；氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土，其特征在于：所述的砂子的细度模数为2.3-3.0，石子的粒径为5mm-31.5mm。
4.一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土的制备方法，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：
步骤1、按硅酸盐水泥150-220kg、硫铝酸盐水泥20-40kg、矿粉100-200kg、粉煤灰50-100kg、脱硫石膏20-50kg、纳米改性剂10-20kg、砂子600-800kg、石子900-1200kg顺序投料，在混凝土搅拌机中干拌，充分混合均匀；
步骤2、将氧化石墨烯0.1-0.5kg用自来水150-210kg稀释，然后加入超塑化剂4-8kg，超声处理10-30min，得到混合溶液；
步骤3、向步骤1所得混合物中添加步骤2所得的混合溶液和消泡剂0.1-0.8kg，搅拌混合均匀，在标准养护条件中养护，即得所述氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土。
5.根据权利要求4所述的一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土的制备方法，其特征在于：所述的纳米改性剂为质量比为1：1.2-1.8的气相法纳米二氧化硅和沉淀法纳米二氧化硅的混合物；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm；消泡剂为烷氧基改性脂肪醇消泡剂或烷烃碳氢化合物改性脂肪醇消泡剂或硅烷基改性脂肪醇消泡剂中的一种；超塑化剂为聚羧酸醚类减水剂或聚乙二醇缩聚物或改性磺类化密胺类缩聚物中的至少一种；氧化石墨烯的长径比为400-1000，氧化石墨烯为氧化石墨烯分散液，含氧量不低于35％。
6.根据权利要求4所述的一种氧化石墨烯改性高抗蚀混凝土的制备方法，其特征在于：所述的砂子的细度模数为2.3-3.0，石子的粒径为5mm-31.5mm。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3640223A1 (en) * | 2018-10-16 | 2020-04-22 | Graphenano S.L. | Graphenic nanomaterials for the improvement of cementitious materials |
| CN112745077A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-04 | 汪峻峰 | 一种高抗蚀海洋工程材料及其制备方法 |
| CN112960956A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-06-15 | 深圳大学 | 一种纳米改性超高强钢纤维混凝土及其制备方法 |
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